DE102010030345A1 - Method for manufacturing piezoresistive sensor arrangement of inertial sensor e.g. rotation rate sensor, involves forming remaining strips of electrical insulating layer between strip guard and bar - Google Patents

Method for manufacturing piezoresistive sensor arrangement of inertial sensor e.g. rotation rate sensor, involves forming remaining strips of electrical insulating layer between strip guard and bar Download PDF

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Abstract

The method involves providing a precursor (18) with an electrical insulating layer e.g. dielectric sheet, of a semiconductor substrate (20) i.e. silicon substrate. Two openings are formed on the insulating layer. The openings are arranged in portions of an endowed region (22). Regions (28, 30) of the precursor are separated from a remaining arm. A bar of the arm is formed of an endowed material between the portions in the endowed region of a strip guard. Remaining strips of the layer are formed between the strip guard and the bar. An independent claim is also included for a piezoresistive sensor arrangement for an inertial sensor, comprising a base part.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer piezoresistiven Sensoranordnung für einen Inertialsensor, mit einem Masseelement, einem Basisteil und einem das Masseelement und das Basisteil verbindenden piezoresitiv wirkenden Arm. Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende piezoresistive Sensoranordnung und einen entsprechenden Inertialsensor.The invention relates to a method for producing a piezoresistive sensor arrangement for an inertial sensor, comprising a mass element, a base part and a piezoresively acting arm connecting the mass element and the base part. The invention further relates to a corresponding piezoresistive sensor arrangement and a corresponding inertial sensor.

Stand der TechnikState of the art

Piezoresistive Sensoranordnungen – sogenannte Biegebalkenstrukturen – für Inertialsensoren wie piezoresistive Beschleunigungssensoren sind bekannt. Diese Biegebalkenstrukturen weisen ein Masseelement (eine sogenannte „seismische Masse”), ein Basisteil und einen das Masseelement und das Basisteil verbindenden piezoresistiven Arm (den Biegebalken) auf.Piezoresistive sensor arrangements - so-called bending beam structures - for inertial sensors such as piezoresistive acceleration sensors are known. These bending beam structures comprise a mass element (a so-called "seismic mass"), a base part and a piezoresistive arm (the bending beam) connecting the mass element and the base part.

Den bekannten Arten von piezoresistiven Beschleunigungssensoren mit derartigen Sensoranordnungen ist gemein, dass das jeweilige Masseelement bei einer einwirkenden Beschleunigung mechanische Spannung (mechanischen Stress) in dem strukturiert dotierten und als sogenannter Biegebalken ausgebildeten Arm zwischen Masseelement und dem diese Anordnung innerhalb des Sensors haltende Basisteil hervorruft. Die dabei entstehende mechanische Spannung in den Strukturen des Arms wird über den piezoresistiven Effekt gemessen. Die Widerstände der piezoresistiven Strukturen des Arms werden üblicherweise in Vollbrückenschaltung elektrisch ausgewertet, sind also zum Beispiel in einer Wheatstoneschen Brückenschaltung verschaltet. Die so ermittelte mechanische Spannung kann bei bekannter Masse des Masseelements zur Bestimmung der anliegenden Beschleunigung genutzt werden.The known types of piezoresistive acceleration sensors with such sensor arrangements have in common that the respective mass element, with an acting acceleration, causes mechanical stress in the structurally doped arm designed as a so-called bending beam between the mass element and the base part holding this arrangement within the sensor. The resulting mechanical stress in the structures of the arm is measured by the piezoresistive effect. The resistances of the piezoresistive structures of the arm are usually evaluated electrically in a full-bridge circuit, that is, they are connected, for example, in a Wheatstone bridge circuit. The mechanical stress thus determined can be used to determine the applied acceleration for a known mass of the mass element.

Derartige piezoresistiven Sensoranordnungen (Biegebalkenstrukturen) für Inertialsensoren, wie Drehratensensoren und Beschleunigungssensoren, können auf Grundlage eines gemeinsamen Halbleitersubstrats aufgebaut sein. Diese Sensoranordnungen mit Masseelement, Basisteil und das Masseelement und das Basisteil verbindendem Arm werden dabei jedoch zumeist auf Grundlage der SOI-Technologie (SOI: silicon an insulator) hergestellt und lassen sich nicht in den Herstellungsprozess einer integrierten Schaltung (IC) einer elektronischen Schaltungsanordnung eines solchen Sensors integrieren.Such piezoresistive sensor arrangements (bending beam structures) for inertial sensors, such as rotation rate sensors and acceleration sensors, can be constructed on the basis of a common semiconductor substrate. However, these sensor arrangements with ground element, base part and the ground element and the base part connecting arm are mostly produced on the basis of SOI technology (SOI: silicon on insulator) and can not be integrated in the manufacturing process of an integrated circuit (IC) of an electronic circuit arrangement Integrate sensors.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet den Vorteil, dass es relativ einfach durchführbar ist und in den Herstellungsprozess einer integrierten Schaltung der elektronischen Schaltungsanordnung eines solchen Sensors integrieren werden kann. Erfindungsgemäß sind folgende Herstellungsschritte vorgesehen: (a) Bereitstellen eines Vorprodukts aus einem mit einer elektrisch isolierenden Schicht abgedeckten Halbleitersubstrats, das einen dotierten Bereich und einen nicht-dotierten oder andersartig dotierten Bereich aufweist, wobei das Vorprodukt zwei Regionen mit je einem von zwei voneinander beabstandete Teilbereich des dotierten Bereichs aufweist, (b) Erstellen von zwei Durchbrüchen durch die elektrisch isolierende Schicht, wobei der erste Durchbruch im ersten Teilbereich und der zweite Durchbruch im zweiten Teilbereich des dotierten Bereichs angeordnet ist, (c) Erstellen von einer den ersten Durchbruch bis zum dotierten Bereich durchgreifenden ersten Kontaktierung, einer den zweiten Durchbruch bis zum dotierten Bereich durchgreifenden zweiten Kontaktierung und einer sich von der ersten Kontaktierung zumindest bis zu einem Gebiet oberhalb des zweiten Teilbereichs erstreckenden Leiterbahn auf der elektrisch isolierenden Schicht, und (d) Trennen der beiden Regionen durch lokalen Materialabtrag bis auf den verbleibenden Arm zwischen den beiden Regionen, wobei der Arm einen Steg aus dotiertem Material zwischen den beiden Teilbereichen im Bereich der Leiterbahn, die Leiterbahn selbst und einen zwischen Leiterbahn und Steg liegenden verbleibenden Streifen der Schicht aufweist.The inventive method with the features mentioned in claim 1 has the advantage that it is relatively easy to carry out and can be integrated into the manufacturing process of an integrated circuit of the electronic circuitry of such a sensor. According to the invention, the following manufacturing steps are provided: (a) providing a precursor of a semiconductor substrate covered with an electrically insulating layer, which has a doped region and a non-doped or otherwise doped region, wherein the precursor comprises two regions, each having one of two spaced apart partial region (b) providing two apertures through the electrically insulating layer, wherein the first aperture is disposed in the first portion and the second aperture is disposed in the second portion of the doped portion, (c) creating one from the first aperture to the doped portion Area-wide first contact, a second contact extending through the second breakthrough to the doped region and a conductor on the electrically insulating Schi extending from the first contact at least to an area above the second portion cht, and (d) separating the two regions by local material removal down to the remaining arm between the two regions, the arm having a land of doped material between the two subregions in the area of the trace, the trace itself and a trace between the trace and land having remaining strip of the layer.

Als Ergebnis dieses Herstellungsverfahrens entsteht eine piezoresistive Sensoranordnung für einen Inertialsensor, mit dem Masseelement, dem Basisteil und dem das Masseelement und das Basisteil verbindenden piezoresitiv wirkenden Arm, wobei diese Komponenten der Sensoranordnung aus einem gemeinsamen Halbleitersubstrat hergestellt sind. Das Halbleitersubstrat weist einen dotierten Bereich auf, der sich als Steg vom Basisteil bis zum Masseelement erstreckt und mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen ist, auf der sich die Leiterbahn ebenfalls vom Basisteil bis zum Masseelement erstreckt und wobei der dotierte Bereich und die Leiterbahn mittels einer ersten Kontaktierung durch einen ersten Durchbruch im Masseelement miteinander elektrisch kontaktiert sind. Die Ausmaße der Sensoranordnung sind insbesondere kleiner als 100 μm. Ein Arm einer solchen Anordnung, bevorzugt jedoch mehrere Arme solcher Anordnungen sind innerhalb des Inertialsensors in einer Brückenschaltung (z. B. einer Wheatstone-Brücke) verschaltet.As a result of this manufacturing process, a piezoresistive sensor arrangement for an inertial sensor is produced, with the mass element, the base part and the piezoresively acting arm connecting the mass element and the base part, these components of the sensor arrangement being produced from a common semiconductor substrate. The semiconductor substrate has a doped region which extends as a bridge from the base part to the ground element and is provided with an electrically insulating layer on which the conductor path also extends from the base part to the ground element and wherein the doped region and the conductor track by means of a first Contacting are electrically contacted by a first breakthrough in the mass element. The dimensions of the sensor arrangement are in particular smaller than 100 μm. One arm of such an arrangement, but preferably a plurality of arms of such arrangements, are interconnected within the inertial sensor in a bridge circuit (eg, a Wheatstone bridge).

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Materialabtrag mittels mindestens eines Ätzprozesses erfolgt. Der lokale Materialabtrag des Trennschritts kann zum Beispiel durch Masken-Ätzverfahren realisiert werden. Beim Masken-Ätzverfahren werden insbesondere die Bereiche des sich ergebenden Arms, Masseelements und Basisteils mittels einer Maske abgeschattet. Das Ätzen ist bevorzugt ein Trockenätzen, insbesondere ein materialabtragendes, plasmaunterstütztes, gaschemisches Trockenätzen, das besonders in der Halbleitertechnik, Mikrostrukturtechnologie und in der Displaytechnik großtechnisch eingesetzt wird. Umgangssprachlich wird auch der Begriff „Plasmaätzen” benutzt. Konkret ist damit ein „chemical dry etching”-Verfahren (CDE) gemeint. Als Ätzgas verwendet man entweder bevorzugt unverdünntes Fluor oder Fluor-Edelgas-Gemische. Ein sehr geläufiges Ätzgas ist Schwefelhexaflourid (SF6).In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the removal of material takes place by means of at least one etching process. The local material removal of the separation step can be realized, for example, by mask etching. In the mask etching process, in particular, the regions of the resulting arm, mass element and base part are shaded by means of a mask. The Etching is preferably a dry etching, in particular a material-removing, plasma-assisted, gas-dry etching, which is used industrially particularly in semiconductor technology, microstructure technology and in display technology. Colloquially, the term "plasma etching" is used. Specifically, this means a "chemical dry etching" method (CDE). The etching gas used is preferably either undiluted fluorine or fluorine-noble gas mixtures. A very common etching gas is sulfur hexafluoride (SF 6 ).

Insbesondere erfolgt der Materialabtrag mittels einer Kombination aus einem anisotropen und einem isotropen Ätzprozess. Dies ist zum Beispiel die Kombination aus einem Trenchprozess und reinem SF6-Ätzen. Der Trench-Prozess ist dabei ein Prozess reaktiven Ionenätzens.In particular, the removal of material takes place by means of a combination of an anisotropic and an isotropic etching process. This is, for example, the combination of a trenching process and pure SF 6 etching. The trench process is a process of reactive ion etching.

Unter „anisotropem Ätzen” ist hier ein mikrotechnologisches Ätzverfahren zu verstehen, bei dem die Ätzung in die Tiefe deutlich schneller als lateral erfolgt."Anisotropic etching" is to be understood here as a microtechnological etching process in which the etching into the depth is much faster than lateral.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass zum Herstellen des Vorprodukts das Halbleitersubstrat auf seiner einen Seite zunächst bereichsweise dotiert und anschließend auf der Oberfläche dieser Seite mit der elektrisch isolierenden Schicht versehen wird. Eine derartige Herstellung ist mit Standard-Mitteln leicht realisierbar.According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, it is provided that for the production of the precursor, the semiconductor substrate is first doped in regions on its one side and then provided with the electrically insulating layer on the surface of this side. Such preparation is easily realized by standard means.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die elektrisch isolierende Schicht eine dielektrische Schicht.According to a further advantageous embodiment of the invention, the electrically insulating layer is a dielectric layer.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Halbleitersubstrat ein opferschichtfreies Substrat ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Halbleitersubstrat ein Silizium-Substrat ist.According to a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the semiconductor substrate is a sacrificial layer-free substrate. In particular, it is provided that the semiconductor substrate is a silicon substrate.

Insbesondere ist vorgesehen, dass sich der Arm zwischen den beiden Teilbereichen im Wesentlichen linear erstreckt.In particular, it is provided that the arm extends substantially linearly between the two subregions.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass beim Schritt des Trennens, also Schritt (d), in der ersten Region das Masseelement mit strukturiert wird.In a further preferred embodiment of the invention, it is provided that in the step of separating, that is, step (d), in the first region, the mass element is also structured.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine piezoresistive Sensoranordnung für einen Inertialsensor, insbesondere ein gemäß einem vorstehend genannten Verfahren hergestellte Sensoranordnung, mit einem Masseelement, einem Basisteil und einem das Masseelement und das Basisteil verbindenden piezoresitiv wirkenden Arm, wobei die Sensoranordnung eine aus einem gemeinsamen Halbleitersubstrat hergestellte Sensoranordnung ist und das Halbleitersubstrat einen dotierten Bereich aufweist, der sich als Steg vom Basisteil bis zum Masseelement erstreckt und mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen ist, auf der sich eine Leiterbahn ebenfalls vom Basisteil bis zum Masseelement erstreckt. Der dotierte Bereich und die Leiterbahn sind dabei mittels einer ersten Kontaktierung durch einen ersten Durchbruch im Masseelement miteinander elektrisch kontaktiert.The invention further relates to a piezoresistive sensor arrangement for an inertial sensor, in particular a sensor arrangement produced according to a method mentioned above, comprising a ground element, a base part and a piezoresively acting arm connecting the ground element and the base part, the sensor arrangement being a sensor arrangement produced from a common semiconductor substrate and the semiconductor substrate has a doped region which extends as a bridge from the base part to the grounding element and is provided with an electrically insulating layer on which a conductor path also extends from the base part to the grounding element. The doped region and the printed conductor are electrically contacted to one another by means of a first contact through a first breakdown in the earth element.

Die Erfindung betrifft schließlich noch einen Inertialsensor mit mindestens einer vorgenannten piezoresistiven Sensoranordnung und einer als integrierte Schaltung ausgebildeten Schaltungsanordnung auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat als Basis. Die Schaltungsanordnung umfasst bevorzugt eine Brückenschaltung, in der die piezoresistive(n) Struktur(en), also die Stege der Sensoranordnung(en), verschaltet sind. Der Basisteil der Sensoranordnung ist Teil der Basis.Finally, the invention also relates to an inertial sensor having at least one aforementioned piezoresistive sensor arrangement and a circuit arrangement designed as an integrated circuit on a common semiconductor substrate as a base. The circuit arrangement preferably comprises a bridge circuit in which the piezoresistive structure (s), that is to say the webs of the sensor arrangement (s), are connected. The base part of the sensor arrangement is part of the base.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Abbildungen einer Ausführungsvariante näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to figures of a variant embodiment. Show it:

1 in einer Draufsicht ein bereitgestelltes Vorprodukt mit einem einen dotierten Bereich aufweisenden Halbleitersubstrat, 1 in a plan view a provided precursor having a doped region semiconductor substrate,

2 das Vorprodukt der 1 mit zwei bis zum dotierten Bereich durchgreifenden Kontaktierungen und einer von einer ersten der Kontaktierungen ausgehenden Leiterbahn, 2 the precursor of the 1 with two contacts extending through to the doped region and one printed circuit trace emerging from a first of the contacts,

3 die piezoresistive Sensoranordnung nach dem Trennen von zwei Regionen des Vorprodukts bis auf einen verbleibenden Arm, 3 the piezoresistive sensor assembly after separating two regions of the precursor except for one remaining arm,

4 eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A der 2 bzw. 3, 4 a sectional view taken along the line AA of 2 respectively. 3 .

5 eine Schnittdarstellung entlang der Linie B-B der 3 und 5 a sectional view taken along the line BB of 3 and

6 eine Schnittdarstellung entlang der Linie C-C der 3. 6 a sectional view taken along the line CC of 3 ,

Die 1 bis 3 zeigen den schrittweisen Aufbau einer piezoresistiven Sensoranordnung 10 für einen Inertialsensor jeweils in Draufsicht. Die in 3 fertiggestellte Sensoranordnung 10 weist ein Masseelement 12, ein Basisteil 14 und einen das Masseelement 12 und das Basisteil 14 verbindenden piezoresitiv wirkenden Arm 16 auf. Die 4 bis 6 zeigen Schnittdarstellungen der in 3 gezeigten fertigen Anordnung 10 in drei verschiedenen Abschnitten dieser Anordnung 10.The 1 to 3 show the stepwise structure of a piezoresistive sensor arrangement 10 for an inertial sensor in each case in plan view. In the 3 finished sensor arrangement 10 has a mass element 12 , a base part 14 and one the mass element 12 and the base part 14 connecting piezoresitiv acting arm 16 on. The 4 to 6 show sectional views of in 3 shown finished arrangement 10 in three different sections of this arrangement 10 ,

Die 1 zeigt ein bereitgestelltes Vorprodukt (Halbzeug) 18 der Sensoranordnung 10 mit einem Halbleitersubstrat 20, das einen dotierten Bereich 22 und einen diesen dotierten Bereich 22 zumindest teilweise umgebenden nicht-dotierten Bereich 24 beziehungsweise einen andersartig dotierten Bereich, wobei dieser andersartig dotierte Bereich eine andersartige Dotierung aufweist als der dotierte Bereich. Das Halbleitersubstrat 20 ist bevorzugt als Siliziumsubstrat ausgebildet. Eine die Oberfläche des Halbleitersubstrats 20 abdeckende elektrisch isolierende Schicht 26 ist in den Draufsicht-Darstellungen der 1 bis 3 nicht dargestellt, jedoch insbesondere in der Schnittdarstellung der 4 erkennbar. Der dotierte Bereich 22 erstreckt sich in diesem Ausführungsbeispiel nicht bis zum Grund des Halbleitersubstrats 20, sondern wird im rückwärtigen Bereich vom nicht dotierten beziehungsweise andersartig dotierten Bereich 24 umgeben. Der dotierte Bereich 22 erstreckt sich von einer ersten Region 28 des Vorprodukts 18 (hier die im oberen Bildbereich dargestellte Region) bis zu einer zweiten Region 30 (hier die im unteren Bildbereich dargestellte Region).The 1 shows a provided intermediate product (semifinished product) 18 the sensor arrangement 10 With a semiconductor substrate 20 that is a doped area 22 and a doped area 22 at least partially surrounding non-doped region 24 or a differently doped region, wherein this differently doped region has a different type of doping than the doped region. The semiconductor substrate 20 is preferably formed as a silicon substrate. A the surface of the semiconductor substrate 20 covering electrically insulating layer 26 is in the plan view representations of 1 to 3 not shown, but in particular in the sectional view of 4 recognizable. The doped area 22 does not extend to the bottom of the semiconductor substrate in this embodiment 20 but is in the back of the non-doped or otherwise doped area 24 surround. The doped area 22 extends from a first region 28 of the precursor 18 (here the region shown in the upper picture area) up to a second region 30 (here the region shown in the lower part of the picture).

In einem folgenden Verfahrensschritt des Herstellungsverfahrens werden nun zwei Durchbrüche 32, 34 durch die elektrisch isolierende Schicht 26 erstellt, wobei der erste Durchbruch 32 in einem ersten Teilbereich 36 und der zweite Durchbruch 32 in einem zweiten Teilbereich 38 des dotierten Bereichs 22 angeordnet ist. Die beiden Teilbereiche 36, 38 sind die einander gegenüberliegenden Endbereiche des dotierten Bereichs 22, wobei der erste Teilbereich 36 innerhalb der ersten Region 28 und der zweite Teilbereich 38 innerhalb der zweiten Region 30 des Vorprodukts 18 angeordnet ist. Die Durchbrüche können zum Beispiel durch bekannte Ätzverfahren mittels Maske erstellt werden.In a subsequent process step of the manufacturing process now two breakthroughs 32 . 34 through the electrically insulating layer 26 created, with the first breakthrough 32 in a first subarea 36 and the second breakthrough 32 in a second subarea 38 of the doped region 22 is arranged. The two subareas 36 . 38 are the opposite end portions of the doped region 22 , where the first subarea 36 within the first region 28 and the second subarea 38 within the second region 30 of the precursor 18 is arranged. The breakthroughs can be created, for example, by known mask etching techniques.

Anschließend wird eine den ersten Durchbruch 32 bis zum dotierten Bereich 22 durchgreifende erste Kontaktierung 40 erstellt, weiterhin wird eine den zweiten Durchbruch 34 ebenfalls bis zum dotierten Bereich 22 durchgreifende zweiten Kontaktierung 42 erstellt und eine sich von der ersten Kontaktierung 40 bis zu einem Gebiet oberhalb des zweiten Teilbereichs 38 und sich innerhalb der zweiten Region 30 über dieses Gebiet hinaus erstreckende Leiterbahn 44 auf der elektrisch isolierenden Schicht 26 erstellt. Die Kontaktierungen 40, 42 und die Leiterbahn 44 sind dabei aus Metall und vorzugsweise mittels Gasphasenabscheidung (CVD oder PVD, zum Beispiel Sputtern) erstellt. Ein erster Endabschnitt 46 der Leiterbahn 44 kontaktiert die erste Kontaktierung 40 in der ersten Region 28, ein zweiter Endabschnitt 48 dient – wie auch die zweite Kontaktierung 42 – bei der fertiggestellten Sensoranordnung 10 als Kontaktbereich 50, 52 zu deren elektrischem Anschluss.Subsequently, the first breakthrough becomes 32 up to the doped area 22 thorough first contact 40 created, continues to be a second breakthrough 34 also up to the doped area 22 thorough second contact 42 Created and distinguished from the first contact 40 up to an area above the second subarea 38 and within the second region 30 Over this area extending trace 44 on the electrically insulating layer 26 created. The contacts 40 . 42 and the track 44 are made of metal and preferably by means of vapor deposition (CVD or PVD, for example sputtering). A first end section 46 the conductor track 44 contacted the first contact 40 in the first region 28 , a second end section 48 serves - as well as the second contact 42 - in the finished sensor assembly 10 as a contact area 50 . 52 to their electrical connection.

Das Resultat der vorgenannten beiden Verfahrensschritte ist in 2 dargestellt. Diese Figur zeigt eine Draufsicht auf das quadratische Vorprodukt 18 mit länglichem sich von der ersten zur zweiten Region 28, 30 erstreckenden rechteckigen dotierten Bereich 22, in dessen Endabschnitten jeweils einer der beiden Teilbereiche 36, 38 mit den Kontaktierungen 40, 42 angeordnet ist. Der Mittelabschnitt der Leiterbahn 44 erstreckt sich zwischen den beiden Teilbereichen 36, 38 mit seiner Längsachse parallel zur Längsachse des rechteckigen dotierten Bereichs 22 auf kürzestem Wege zwischen erster und zweiter Region 28, 30 während die Endabschnitte 46, 48 jeweils senkrecht abgewinkelt dazu verlaufen.The result of the aforementioned two method steps is in 2 shown. This figure shows a plan view of the square precursor 18 with elongated ones from the first to the second region 28 . 30 extending rectangular doped area 22 , in each of its end sections one of the two sections 36 . 38 with the contacts 40 . 42 is arranged. The middle section of the track 44 extends between the two subareas 36 . 38 with its longitudinal axis parallel to the longitudinal axis of the rectangular doped region 22 by the shortest route between the first and second regions 28 . 30 while the end sections 46 . 48 each perpendicular to angled run to it.

In einem sich anschließenden Verfahrensschritt des Herstellungsverfahrens werden die beiden Regionen 28, 30 durch Materialabtrag bis auf den verbleibenden Arm 16 zwischen den beiden Regionen 28, 30 voneinander getrennt. Der Arm 16 besteht aus einem Steg 54 aus dotiertem Material zwischen den beiden Teilbereichen 36, 38 im Bereich der Leiterbahn 44, aus der Leiterbahn 44 selbst und einem zwischen Leiterbahn 44 und Steg 54 liegenden verbleibenden Streifen 56 der isolierenden Schicht 26 (in 5 gezeigt). Der Materialabtrag von Material des Vorprodukts 18 in einer Grenzregion zwischen den beiden Regionen 28, 30 erfolgt mittels einer Kombination aus einem anisotropen und einem isotropen Ätzprozess.In a subsequent process step of the manufacturing process, the two regions 28 . 30 by removing material except for the remaining arm 16 between the two regions 28 . 30 separated from each other. The arm 16 consists of a footbridge 54 of doped material between the two sections 36 . 38 in the area of the conductor track 44 , from the track 44 itself and one between track 44 and footbridge 54 lying remaining strips 56 the insulating layer 26 (in 5 shown). The material removal of material of the precursor 18 in a border region between the two regions 28 . 30 takes place by means of a combination of an anisotropic and an isotropic etching process.

Bei dem hier verwendeten Silizium-Substrat wird also mittels Kombination aus anisotropem und isotropem Silizium-Ätzen (z. B. Trenchprozess und reines SF6-Ätzen) der Steg 54 aus – bereits im IC-Prozess zum Erstellen einer Schaltungsanordnung des Inertialsensors (zu dem auch die Sensoranordnung 10 gehört) hoch dotiertem – Silizium des Substratmaterials realisiert.In the case of the silicon substrate used here, therefore, the web is produced by a combination of anisotropic and isotropic silicon etching (eg trench process and pure SF 6 etching) 54 from - already in the IC process for creating a circuit arrangement of the inertial sensor (to which also the sensor arrangement 10 heard) highly doped - realized silicon of the substrate material.

3 zeigt die fertige Anordnung 10 in Aufsicht. Am Arm 16 befindet sich die beweglich gelagerte seismische Masse (Masseelement 12). Auf der anderen Seite des Arms 16 ist dieser mechanisch fixiert an dem Basisteil 14 (das mit dem Substrat/der Basis einstückig verbunden ist). Die Dotierung des Stegs 54 ist flächig ausgeführt und in den Kontaktierungen 40, 42 von obenliegendem Metall kontaktiert. Die als dielektrische Schicht ausgebildete isolierende Schicht 26 ist – wie gesagt – der Übersichtlichkeit halber in den Aufsichten der 1 bis 3 nicht eingezeichnet. 3 shows the finished arrangement 10 in supervision. On the arm 16 is the movably mounted seismic mass (mass element 12 ). On the other side of the arm 16 this is mechanically fixed to the base part 14 (which is integrally connected to the substrate / base). The doping of the bridge 54 is flat and in the contacts 40 . 42 contacted by overhead metal. The insulating layer formed as a dielectric layer 26 is - as I said - for the sake of clarity in the supervision of the 1 to 3 not shown.

Die elektrische Kontaktierung erfolgt an den Kontaktbereichen 50 und 52. Die dargestellten Perforationen dienen der Freistellung mittels des o. g. Silizium-Ätzprozesses.The electrical contacting takes place at the contact areas 50 and 52 , The perforations shown serve the release by means of the above-mentioned silicon etching process.

Die 4 bis 6 zeigen drei Querschnitte durch die Sensoranordnung im Bereich des Basisteils 14 (Schnitt A-A), des Arms 16 (Schnitt B-B) und des Masseelements 12 (Schnitt C-C).The 4 to 6 show three cross sections through the sensor arrangement in the region of the base part 14 (Section AA), of the arm 16 (Section BB) and the mass element 12 (Section CC).

Die 4 zeigt dabei das Basisteil (also ein Teil der Basis) 14 mit dem dotierten Bereich 22 und dem nicht-dotierten oder andersartig dotierten Bereich 24 des Halbleitersubstrats 20, der isolierenden Schicht 26 auf der Oberfläche mit dem Durchbruch 34. Dieser Durchbruch 34 wird von der Kontaktierung 42 durchgriffen, die den ersten Kontaktbereich 50 bildet. Auf gleicher Höhe befindet sich weiterhin der zweite Endabschnitt 48 der Leiterbahn 44 auf der isolierenden Schicht 26, der den zweiten Kontaktbereich 52 bildet.The 4 shows the base part (ie part of the base) 14 with the doped area 22 and the non-doped or otherwise doped region 24 of the semiconductor substrate 20 , the insulating layer 26 on the surface with the breakthrough 34 , This breakthrough 34 is from the contact 42 the first contact area 50 forms. At the same level is still the second end 48 the conductor track 44 on the insulating layer 26 that the second contact area 52 forms.

Die 5 zeigt den Arm 16 mit dem aus dotiertem Halbleitermaterial bestehenden Steg 54, dem verbleibenden Streifen 56 der isolierenden Schicht 26 und der als Rückleitung” nutzbaren metallischen Leiterbahn 44. Darunter befindet sich die Basis 60.The 5 shows the arm 16 with the web made of doped semiconductor material 54 , the remaining strip 56 the insulating layer 26 and the usable as return "metallic trace 44 , Underneath is the base 60 ,

6 zeigt schließlich das Masseelement 12 und die beabstandet zum Masseelement 12 angeordnete Basis 60. 6 finally shows the mass element 12 and spaced from the mass element 12 arranged base 60 ,

Somit können mittels des vorgestellten Herstellungsverfahrens extrem kleinbauende Inertialsensoren auf Basis eines piezoresistiven Wandlerprinzips hergestellt werden.Thus, by means of the presented manufacturing method, extremely small-sized inertial sensors based on a piezoresistive transducer principle can be produced.

Die Sensorgröße bzw. die Achse der Sensoranordnung kann dabei kleiner als 100 μm Kantenlänge gewählt werden. Der Herstellungsprozess kann weiterhin vollständig in den Halbleiterprozess zur Herstellung der Sensorelektronik integriert werden.The sensor size or the axis of the sensor arrangement can be selected smaller than 100 .mu.m edge length. The manufacturing process can furthermore be completely integrated into the semiconductor process for producing the sensor electronics.

Claims (10)

Verfahren zur Herstellung einer piezoresistiven Sensoranordnung (10) für einen Inertialsensor, mit einem Masseelement (12), einem Basisteil (14) und einem das Masseelement (12) und das Basisteil (14) verbindenden piezoresitiv wirkenden Arm (16) mittels der folgenden Schritte: – Bereitstellen eines Vorprodukts (18) aus einem mit einer elektrisch isolierenden Schicht (26) abgedeckten Halbleitersubstrats (20), das einen dotierten Bereich (22) und einen nicht-dotierten oder andersartig dotierten Bereich (24) aufweist, wobei das Vorprodukt (18) zwei Regionen (28, 30) mit je einem von zwei voneinander beabstandete Teilbereich (36, 38) des dotierten Bereichs (22) aufweist, – Erstellen von zwei Durchbrüchen (32, 34) durch die elektrisch isolierende Schicht (26), wobei der erste Durchbruch (32) im ersten Teilbereich (36) und der zweite Durchbruch (34) im zweiten Teilbereich (38) des dotierten Bereichs (22) angeordnet ist, – Erstellen von einer den ersten Durchbruch (32) bis zum dotierten Bereich (22) durchgreifenden ersten Kontaktierung (40), einer den zweiten Durchbruch (34) bis zum dotierten Bereich (22) durchgreifenden zweiten Kontaktierung (42) und einer sich von der ersten Kontaktierung (40) zumindest bis zu einem Gebiet oberhalb des zweiten Teilbereichs (38) erstreckenden Leiterbahn (44) auf der elektrisch isolierenden Schicht (26), und – Trennen der beiden Regionen (28, 30) durch lokalen Materialabtrag bis auf den verbleibenden Arm (16) zwischen den beiden Regionen (28, 30), wobei der Arm (16) einen Steg (54) aus dotiertem Material zwischen den beiden Teilbereichen (36, 38) im Bereich der Leiterbahn (44), die Leiterbahn (44) selbst und einen zwischen Leiterbahn (44) und Steg (54) liegenden verbleibenden Streifen (56) der Schicht (26) aufweist.Method for producing a piezoresistive sensor arrangement ( 10 ) for an inertial sensor, with a mass element ( 12 ), a basic part ( 14 ) and one the mass element ( 12 ) and the base part ( 14 ) connecting piezoresitiv acting arm ( 16 ) by means of the following steps: - providing a precursor ( 18 ) of one with an electrically insulating layer ( 26 ) covered semiconductor substrate ( 20 ), which has a doped region ( 22 ) and a non-doped or otherwise doped region ( 24 ), wherein the precursor ( 18 ) two regions ( 28 . 30 ) each having one of two spaced apart portion ( 36 . 38 ) of the doped area ( 22 ), - creating two breakthroughs ( 32 . 34 ) through the electrically insulating layer ( 26 ), with the first breakthrough ( 32 ) in the first subarea ( 36 ) and the second breakthrough ( 34 ) in the second subarea ( 38 ) of the doped area ( 22 ) - creating one's first breakthrough ( 32 ) to the doped area ( 22 ) thorough first contact ( 40 ), the second breakthrough ( 34 ) to the doped area ( 22 ) thorough second contact ( 42 ) and one from the first contact ( 40 ) at least up to an area above the second subarea ( 38 ) extending conductor track ( 44 ) on the electrically insulating layer ( 26 ), and - separating the two regions ( 28 . 30 ) by local material removal down to the remaining arm ( 16 ) between the two regions ( 28 . 30 ), whereby the arm ( 16 ) a footbridge ( 54 ) of doped material between the two subregions ( 36 . 38 ) in the area of the conductor track ( 44 ), the track ( 44 ) itself and one between interconnect ( 44 ) and bridge ( 54 ) remaining strips ( 56 ) of the layer ( 26 ) having. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialabtrag mittels mindestens eines Ätzprozesses, insbesondere mittels einer Kombination aus einem anisotropen und einem isotropen Ätzprozess erfolgt.A method according to claim 1, characterized in that the removal of material takes place by means of at least one etching process, in particular by means of a combination of an anisotropic and an isotropic etching process. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bereitstellen des Vorprodukts (18) das Halbleitersubstrat (20) auf seiner einen Seite zunächst bereichsweise dotiert und anschließend auf der Oberfläche dieser Seite mit der elektrisch isolierenden Schicht (26) versehen wird.Method according to claim 1 or 2, characterized in that for the provision of the precursor ( 18 ) the semiconductor substrate ( 20 ) doped on its one side first in some areas and then on the surface of this side with the electrically insulating layer ( 26 ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Schicht (26) eine dielektrische Schicht ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the electrically insulating layer ( 26 ) is a dielectric layer. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitersubstrat (20) ein opferschichtfreies Substrat ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the semiconductor substrate ( 20 ) is a sacrificial layer-free substrate. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitersubstrat (20) ein Siliziumsubstrat ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the semiconductor substrate ( 20 ) is a silicon substrate. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Arm (16) zwischen den beiden Teilbereichen (36, 38) im Wesentlichen linear erstreckt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the arm ( 16 ) between the two subareas ( 36 . 38 ) extends substantially linearly. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Trennschritt in der ersten Region (28) das Masseelement (12) mit strukturiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the separating step in the first region ( 28 ) the mass element ( 12 ) is structured with. Piezoresistive Sensoranordnung (10) für einen Inertialsensor, insbesondere eine gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellte Sensoranordnung (10), mit einem Masseelement (12), einem Basisteil (14) und einem das Masseelement (12) und das Basisteil (14) verbindenden piezoresitiv wirkenden Arm (16), wobei die Sensoranordnung (10) eine aus einem gemeinsamen Halbleitersubstrat (20) hergestellte Sensoranordnung ist und das Halbleitersubstrat (20) einen dotierten Bereich (24) aufweist, der sich als Steg (54) vom Basisteil (14) bis zum Masseelement (12) erstreckt und mit einer elektrisch isolierenden Schicht (26) versehen ist, auf der sich eine Leiterbahn (44) ebenfalls vom Basisteil (14) bis zum Masseelement (12) erstreckt und wobei der dotierte Bereich (22) und die Leiterbahn (44) mittels einer ersten Kontaktierung (40) durch einen ersten Durchbruch (32) im Masseelement (12) miteinander elektrisch kontaktiert sind.Piezoresistive sensor arrangement ( 10 ) for an inertial sensor, in particular a sensor arrangement produced according to a method according to one of the preceding claims ( 10 ), with a mass element ( 12 ), a basic part ( 14 ) and one the mass element ( 12 ) and the base part ( 14 ) connecting piezoresitiv acting arm ( 16 ), wherein the sensor arrangement ( 10 ) one of a common semiconductor substrate ( 20 ) and the semiconductor substrate ( 20 ) one endowed area ( 24 ), which acts as a bridge ( 54 ) from the base part ( 14 ) to the mass element ( 12 ) and with an electrically insulating layer ( 26 ), on which a conductor track ( 44 ) also from the base part ( 14 ) to the mass element ( 12 ) and wherein the doped region ( 22 ) and the track ( 44 ) by means of a first contact ( 40 ) through a first breakthrough ( 32 ) in the mass element ( 12 ) are electrically contacted with each other. Inertialsensor mit mindestens einer piezoresistiven Sensoranordnung (10) nach Anspruch 9 und einer als integrierte Schaltung ausgebildeten Schaltungsanordnung auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat (20) als Basis.Inertial sensor with at least one piezoresistive sensor arrangement ( 10 ) according to claim 9 and a circuit arrangement formed as an integrated circuit on a common semiconductor substrate ( 20 ) as a base.
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